به دلیل تقاضای بالای برخی از محصولات در فصول مختلف سال، کشت گلخانه ای برخی گیاهان مانند کاهو در جهان رو به افزایش است. با این حال انتگرال نور روزانه (DLI) که در حقیقت کیفیت و کمیت نور لازم برای رشد بهینه گیاه است، در طول زمستان در عرض های شمالی کم میشود و این امر به عنوان مهمترین عوامل محدود کننده برای تولیدات گلخانه های در فصل زمستان محسوب میشود. حدود 20 تا 30 درصد از شدت نور در محیط گلخانه بطور کل کمتر از محیط بیرون می باشد، از طرفی به دلیل تراکم کشت در گلخانه و ایجاد سایه کمبود نور بیشتر احساس میشود و نیاز به نور مکمل بیشتر حس می شود.
نور مکمل (supplemental lighting) به عنوان روشی مؤثر برای بهبود انتگرال نور روزانه محیط گلخانه، در جهت افزایش عملکرد برخی محصولات گلخانه ای به کار گرفته میشود. به عنوان نمونه، به طور معمول 12 تا 16 ساعت نور مکمل با شدت 50 تا 75 میکرومول برمترمربع در ثانیه برای گیاهچه های کاهو توصیه شده است. با این حال میزان نور مکمل پیشنهادی برای گیاه کاهو در مرحله تولید نهایی در گلخانه ها تا حدودی برای ارقام مختلف متفاوت است. به طوریکه برای کاهوی بوستون بیب (Boston Bibb) نور مکمل مناسب 17 مول بر متر مربع در روز، و برای سایر ارقام حداکثر 15 مول بر متر مربع در روز جهت جلوگیری از کمبود کلیسم که به صورت سوختگی انتهای برگ ظاهر میشود توصیه شده است.
لامپ فشار قوی سدیمی (HPS) به طور گسترده برای ایجاد نور مکمل در گلخانه ها مورد استفاده قرار میگیرد با این حال استفاده از دیودهای ساطع کننده نور موسوم به LED ها نیز به دلیل مزایای تکنولوژیکی خود از جمله طول عمر بالا با روند رو به رشد چشمگیری در حال افزایش میباشد. به طوری که طول عمر مفید لامپهای LED 20 هزار تا 55 هزار ساعت است در حالی که این زمان در لامپهای HPS 10هزار ساعت میباشد. از طرفی به دلیل پیشرفت تکنولوژی، میزان کارایی فوتون فتوسنتزی (photosynthetic photon efficacy) در حال افزایش است. برای مثال در سال ،2018 دو عدد LED با بالاترین کارایی به طور تقریبی 50 درصد کارایی بیشتری نسبت به لامپ 1000 وات دابل اِند HPS دارا میباشد.
علاوه بر این در LED ها این قابلیت وجود دارد که طیف نوری مخصوص گیاه مورد نظر ایجاد شود تا ویژگیهای فتومورفوژنیکی و کیفیتی مطلوبی را در محصول به وجود آورد. با این وجود، هزینه نسبتاً بالای سرمایه گذاری در LED ها بزرگترین مانع گسترش در صنعت کشت گلخانه ای محسوب میشود.
با این حال سیستم روشنایی هیبرید که ترکیبی از ویژگی های LED ها همراه با لامپهای HPS میباشد، می تواند یک گزینه اقتصادی مناسب و با کارآیی بالا ایجاد نماید.
مشخص شده است که طیف نوری فرا قرمز ( 700تا 800 نانومتر) مورفولوژی منظم برگ و همچنین گسترش برگ را تقویت می کند. به طوریکه پژوهشی نشان داد، کاهو کشت شده توسط لامپهای فلورسنت سفید همراه با نور فرا قرمز، 44 درصد برگ بلندتر و 15درصد پهنای برگ بیشتری ایجاد میکند، به عبارتی یک برگ کاهو حدود 65 درصد در مقایسه با گیاهانی که بدون نور فرا قرمز رشد کردهاند بزرگتر بود.
همچنین مشخص شده است که فراهم کردن دوز کم و مدت زمان کوتاه از نور فرا قرمز به عنوان نور پایانی روز (EOD) می تواند باعث افزایش سطح برگ در برخی از گیاهان دیگر نیز شود. به عنوان مثال یک پالس 5 دقیقهای از نور فرا قرمز به عنوان نور پایانی روز به مدت 18 روز، نشان داد که میتواند سبب افزایش 11 درصدی برگ در گیاه تنباکو (Nicotiana tabacum) شود. همچنین نور فرا قرمز پایانی روز به مدت یک ساعت در گونهای از گیاه زینتی لیلیوم (Lilium longiflorum) سطح برگ را 17 درصد نسبت به گروه شاهد (بدون نور فرا قرمز پایانی روز) افزایش داد.
در مطالعه ای مشخص شد، نور مکمل مداوم با شدت ﺟﺮﯾﺎن ﻓﺘـﻮﻧﯽ ﻓﺘﻮﺳـﻨﺘﺰي (PPFD) 100 میکرومول در مترمربع در ثانیه که توسط لامپهای HPS ایجاد شده بود، سبب افزایش 270 درصدی وزن محصول و کاهش 30 درصدی مدت زمان چرخه تولید در کاهوی نوع بوستون گردید.
آنتوسیانین ها (Anthocyanins) به عنوان یکی از فراوانترین رنگدانه هادر گیاهان عالی محسوب میشوند که نقش مهمی در ایجاد رنگ و غلظت آنتی اکسیدان ها در برگ ایفا می کنند. سنتز بیولوژیکی این رنگدانه ها وابستگی زیادی به کیفیت نور محیط دارد، به خصوص نور آبی در محدود400-500 نانومتر و نور ماوراء بنفش (UV) در محدوده 400 تا 280 نانومتر. به عنوان مثال در مطالعهای بر روی کاهوی برگ قرمز، 35 تا 106 درصد افزایش در غلظت آنتوسیانین تحت نور مکمل آبی با شدت 200 میکرومول در مترمربع در ثانیه که توسط لامپ های LED ایجاد شده بود نسبت به گروه شاهد (بدون نور آبی مکمل) مشاهده گردید. از طرفی برخی مطالعات نشان داده که ترکیب دو نور قرمز و آبی در افزایش آنتوسیانتن در گیاه موثر تر از کاربرد نور آبی و یا قرمز به تنهایی میباشد. به عنوان مثال در مطالعه ای بر روی کاهوی رقم رابی اسکای (Ruby Sky)حداکثر رنگ برگ در ترکیب دو نور آبی و قرمز 7 روز زودتر نسبت به کاربرد نور قرمز و یا آبی به تنهایی، رخ داد. همچنین میزان قرمزی نسبی در پایان کشت، تحت نور ترکیبی آبی و قرمز در حدود 12 تا 151 درصد بیش از گیاهانی بود که تحت یک نور آبی یا قرمز رشد کرده بودند. بنابراین ترکیب طیفهای مختلف نور همراه با نور مکمل میتواند به بهبود رشد و افزایش کیفیت محصول در کشتهای گلخانهای بینجامد. در همین راستا پژوهشی در سال 2019 در ارتباط با نور مکمل (توسط لامپهای LED و HPS) با طیفهای رنگی آبی و قرمز و همچنین فرا قرمز بر روی گیاه کاهو (Lactuca sativa) به صورت گلخانهای در دانشگاه میشیگان صورت گرفت. نتایج این مطالعه نشان داد که نور مکمل بسته به کیفیت نور ایجاد شده، سبب افزایش محصول بین 32 تا 104 درصد در گیاه کاهو شد. همچنین نور مکمل با استفاده از ترکیب نور قرمز و نور آبی که توسط لامپهای LED به مدت 7 روز قبل از برداشت ایجاد شده بود، سبب شد تا محصول نهایی 27 درصد تیرهتر، 76 تا 82 درصد قرمزتر و 39 تا 55 درصد دارای زردی کمتر در مقایسه با گروه شاهد (بدون نور مکمل) باشد.
تفاوت میزان آنتوسیانین کاهو با (سمت چپ) و بدون (سمت راست) نور مکمل
منابع:
Li, Q., Liu, Y., Tian, S., Liang, Z., Li, S., Li, Y., Wei, M., Zhang, D., 2019. Effect of supplemental lighting on water transport, photosynthetic carbon gain and water use efficiency in greenhouse tomato. Scientia Horticulturae 256, 108630. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108630
Massa, G., Graham, T., Haire, T., Flemming, C., Newsham, G., Wheeler, R., 2015. Light-emitting diode light transmission through leaf tissue of seven different crops. HortScience 50, 501–506. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.50.3.501
Zhang, M., Whitman, C.M., Runkle, E.S., 2019. Manipulating growth, color, and taste attributes of fresh cut lettuce by greenhouse supplemental lighting. Scientia Horticulturae 252, 274–282. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.03.051
